De acordo com Leatham et al. [72], o processamento de ligas de ferro pela conformação por spray tem sido bastante estudado, graças aos resultados promissores apresentados em termos de refinamento microestrutural.
Singer [73] foi o pioneiro, em 1970, na utilização da rota de depositar um metal diretamente na forma de um spray de gotas atomizadas para a produção de semi-acabados com a produção de fitas metálicas de ligas de alumínio. Devido à retenção da identidade estrutural nas gotas, cujo impacto promove o
resfriamento rápido, este processo foi denominado, posteriormente, de conformação por spray.
Conforme trabalho realizado por Grant [74], o processo de conformação por spray, apesar de não apresentar taxas de solidificação tão altas quanto o processo de melt-spinning, produz microestruturas refinadas, composta por grãos equiaxiais (10 - 100 m) geralmente com baixo nível de segregação, e soluções sólidas supersaturadas com fases metaestáveis, incluindo a fase amorfa, devido à alta taxa de resfriamento imposta (103-105 K/s).
De acordo com Yule & Dunkley [75], no processo de conformação por spray, a liga é fundida em um forno à indução em uma atmosfera inerte ou ao ar e aquecida a uma temperatura acima da temperatura de fusão da liga. Quando o banho metálico atinge a temperatura desejada é acionado o fluxo de gás inerte (nitrogênio ou argônio) à alta pressão, que passará pelo bocal atomizador. Este bocal é composto por vários furos concêntricos e cujo direcionamento dos jatos de gás coincide com o centro do tubo pelo qual flui o metal líquido. Além disso, a geometria do bocal é tal que os fluxos de gás que saem por cada furo encontram-se exatamente no eixo que passa pelo centro do bocal.
Segundo Yule & Dunkley [75], paralelamente ao acionamento do fluxo de gás, verte-se a liga fundida em um cadinho cerâmico, cujo fundo apresenta um tubo de vazamento de diâmetro controlado e constituído de cerâmica ou metal refratário. Quando o fluxo de metal líquido entra em contato com o gás inerte a alta velocidade ocorre a formação de um spray em uma variada gama de tamanhos de gotas, as quais são impulsionadas, em alta velocidade em direção, à região de atomização. O spray é direcionado para um substrato, gerando um denso depósito.
A figura 2.17, utilizada no trabalho de Leal et al. [76], ilustra esquematicamente o processo de conformação por spray.
Figura 2.17 Ilustração do processo de conformação por spray [76].
Conforme Grant [74], a parcela do spray que não é depositada no substrato é chamada de overspray. Tem-se, na prática, que a maioria do
overspray é formada por partículas (gotas) que, devido ao seu tamanho
reduzido, não atingem o depósito, afastando-se radialmente do centro do spray em direção à periferia.
Segundo Lavernia [77], em relação a outros processos de fabricação de metais, a conformação por spray leva vantagem sobre o lingotamento devido à eliminação de microsegregações, além de resultar em microestruturas com granulação fina. Ainda de acordo com Lavernia [77], quando comparados como a metalurgia do pó (powder metallurgy), o processo de conformação por spray suprime as múltiplas etapas da metalurgia do pó, tais como a produção do pó, o peneiramento, encapsulamento, desgaseificação e a consolidação.
De acordo com Cáceres [78], no processo de conformação por spray, diversos parâmetros devem ser bem controlados, e dentre eles destacam-se: a temperatura de vazamento, a razão gás metal, e a distância do bocal de atomização até substrato. Segundo Grant [74], um controle no processo deve ser voltado para as propriedades do spray, como a velocidade do gás e a distribuição das gotas nas proximidades do depósito, de modo a gerar um depósito com microestrutura homogênea de grãos equiaxiais e uma fração de 70 a 85% das gotas do spray solidificadas, no momento do impacto com o substrato.
2.6.1 Temperatura de Vazamento
O controle da temperatura de vazamento no processo de conformação por spray deve ser rígido para que o spray seja depositado próximo da temperatura de fusão do metal ou da liga. Com o aumento do superaquecimento tem-se o aumento do calor contido no metal líquido que leva a um decréscimo da quantidade partículas já solidificadas na deposição sobre o substrato. A quantidade de partículas já solidificadas aumenta à medida que a distância axial aumenta, pois as partículas têm mais tempo de vôo para resfriamento antes do impacto com o substrato [78].
Segundo Pariona et al. [79], as partículas completamente sólidas não se deformam após o impacto e aquelas parcialmente solidificadas podem refundir-se após o impacto ou deformarem-se, transformando-se em placas. Já as gotas completamente líquidas que atingem o substrato ao colidir espalham- se pelo depósito preenchendo os poros entre as partículas esféricas pré- solidificadas, além ocasionar um refinamento dos grãos pela quebra dos braços dendríticos.
2.6.2 Razão Gás Metal
Segundo Yule & Dunkley [75], a razão entre a vazão mássica de gás e vazão mássica de metal (razão gás metal) é outro parâmetro muito importante, pois estão diretamente ligados ao mecanismo de resfriamento e ao diâmetro resultante das gotas depositadas. O diâmetro médio da gota é inversamente proporcional à velocidade do gás e à raiz quadrada da razão gás metal.
De acordo com Grant [74], as trocas térmicas entre o fundido e os extratores de calor, que são o gás de atomização e o substrato, são controladas pela razão gás metal. Quanto maior for a razão gás metal, maior será a velocidade das gotas, portanto, maior será a perda de calor por convecção para o gás de atomização e, consequentemente maior será a taxa de resfriamento. A morfologia esférica que as gotas assumem durante o vôo deve-se à tensão superficial do líquido e um desvio do formato esférico pode ocorrer devido à formação de óxidos na superfície, devido à inibição parcial da tensão superficial [79].
2.6.3 Distância de vôo.
A microestrutura do depósito varia com o tempo de vôo entre o bocal de atomização e o substrato [79]. Segundo Cáceres [78], a área específica para a convecção do calor para o resfriamento das partículas, assim como a velocidade do resfriamento, aumenta com a diminuição do tamanho das partículas. Portanto, tem-se um aumento da taxa de resfriamento com a diminuição do tamanho das partículas. Cáceres [78] observou, ainda, que existe uma distância de vôo mínima do bocal de atomização até o substrato para que uma partícula de determinado tamanho se solidifique.